RU2733876C2 - Method of automatic control of drilling tools supply during drilling and device for implementation thereof - Google Patents

Method of automatic control of drilling tools supply during drilling and device for implementation thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2733876C2
RU2733876C2 RU2019123271A RU2019123271A RU2733876C2 RU 2733876 C2 RU2733876 C2 RU 2733876C2 RU 2019123271 A RU2019123271 A RU 2019123271A RU 2019123271 A RU2019123271 A RU 2019123271A RU 2733876 C2 RU2733876 C2 RU 2733876C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
drilling
value
drilling tool
parameters
values
Prior art date
Application number
RU2019123271A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2019123271A (en
RU2019123271A3 (en
Inventor
Владимир Иванович Молодило
Сергей Владимирович Щепетов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Интегра-Технологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Интегра-Технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Интегра-Технологии"
Priority to RU2019123271A priority Critical patent/RU2733876C2/en
Publication of RU2019123271A publication Critical patent/RU2019123271A/en
Publication of RU2019123271A3 publication Critical patent/RU2019123271A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2733876C2 publication Critical patent/RU2733876C2/en

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • E21B44/02—Automatic control of the tool feed

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

FIELD: soil or rock drilling.
SUBSTANCE: group of inventions relates to adjustment of operating parameters of drilling process and can be used in oil and gas industry for automatic supply of drilling tools when drilling oil and gas wells with downhole motor. Method of automatic control of supply of drilling tools during drilling involves measurement of value of pressure of flushing liquid (P) in manifold line, weight of suspended drilling tools on hook (G), torque (M), rotation speed (n) of drill string, calculation of working rate of drilling tool (Vp) supply, measurement of idling parameters, namely pressure of flushing fluid created by drilling pump at idling (Px), weight of suspended drilling tool on hook at idling (Gx), idling torque (Mx), calculation of difference between values of operating parameters and values of idle speed parameters, namely operating differential pressure ΔPp = P-Px, working axial load per bit gp = Gx-G, working torque Mp = M-Mx, determining, from the value n and the traveling block (h) height of the operating mode of the drilling rig, selection of the specified maximum permissible values of parameters depending on the operating mode ΔPp3, gp3, Mp3, Vp3 and their comparison with values of corresponding operating parameters ΔPp, gp, Mp, Vp, selection based on comparison results of main supported parameter (MSP), wherein if the MSP is lower than the predetermined value, the drilling tool feed rate is increased, if the MSP is higher than the predetermined value, then the drilling tool speed is reduced, and if the difference between the MSP value and the given value does not exceed the absolute error value for said parameter, the drilling tool supply rate remains unchanged, wherein h is calculated from drawworks drum speed sensor data (nb), M is measured on rotor or upper power drive, ΔPp or gp or Mp or Vp, the difference of which from the corresponding preset value in percentage ratio is minimum, error value of said parameter is taken to be error value of said parameter. Proposed device is designed to implement claimed method of automatic control of drilling tool supply.
EFFECT: technical result is higher reliability and efficiency of drilling process, wider consumer properties, reduced effect of human factor.
2 cl, 1 dwg

Description

Способ автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения и устройство для его реализации. Группа изобретений относится к регулированию режимных параметров процесса бурения и может использоваться в нефтяной и газовой промышленности для автоматической подачи бурового инструмента при бурении нефтяных и газовых скважин забойным двигателем.Method for automatic control of drilling tool feed during drilling and device for its implementation. The group of inventions relates to the regulation of the operating parameters of the drilling process and can be used in the oil and gas industry for automatic feeding of a drilling tool when drilling oil and gas wells with a downhole motor.

Известен способ автоматического регулирования подачи бурового инструмента, который основан на поддержании постоянства крутящего момента на долоте и уменьшении колебаний низа бурильной установки за счет контроля давления в манифольдной линии (RU 2013531 C1, Е21В 44/00, Е21В 4/02, опубл. 30.05.1994). Недостатком способа является то, что им не предусмотрено ограничение скорости подачи инструмента, что может привести к ударам долота о забой и перегрузу долота при резкой смене разных по твердости горных пород. Скорость бурения может быть выше скорости восходящего потока промывочной жидкости, что вызовет закупорку кольцевого пространства выбуренной горной породой.A known method for automatic regulation of the feed of a drilling tool, which is based on maintaining the constancy of the torque on the bit and reducing fluctuations in the bottom of the drilling rig by controlling the pressure in the manifold line (RU 2013531 C1, E21B 44/00, E21B 4/02, publ. 30.05.1994 ). The disadvantage of this method is that it does not provide for limiting the feed rate of the tool, which can lead to blows of the bit against the bottom and overloading of the bit with an abrupt change of rocks of different hardness. The drilling speed can be higher than the drilling fluid upward flow rate, which will cause plugging of the annular space by cuttings.

Известен способ контроля работы гидравлического забойного двигателя в забойных условиях, при котором осуществляют замеры давления в нагнетательной линии под нагрузкой и без нагрузки на долото, поддержание постоянной разницы измеренных показаний давления. При этом определяют максимально допустимую величину скорости подачи долота (Vп дол). Затем производят замеры скорости подачи долота и, в случае ее превышения максимально допустимого значения, снижают скорость до величины Vп дол (RU 2508447 C1, Е21В 44/00, Е21В 4/02, опубл. 27.02.2014 Бюл. №6). Однако указанный способ недостаточно эффективен при бурении, так как учитывает ограниченное количество важных рабочих параметров буровой установки.A known method of monitoring the operation of a hydraulic downhole motor in downhole conditions, in which the pressure is measured in the injection line under load and without load on the bit, maintaining a constant difference in the measured pressure readings. At the same time, the maximum permissible value of the bit feed rate (Vp dol) is determined. Then, the bit feed rate is measured and, if the maximum allowable value is exceeded, the speed is reduced to Vp dol (RU 2508447 C1, E21B 44/00, E21B 4/02, publ. 27.02.2014 Bull. No. 6). However, this method is not effective enough for drilling, since it takes into account a limited number of important operating parameters of the drilling rig.

Известен способ автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения, включающий замер величины давления промывочной жидкости (Р) в манифольдной линии, сравнение ее с заданной и максимально допустимой величинами и управление исполнительным механизмом подачи бурового инструмента в зависимости от результатов сравнения, замер дополнительных рабочих параметров бурения, а именно, веса подвешенного бурового инструмента на крюке (G), крутящего момента (М) на роторе, расхода промывочной жидкости (Q), скорости вращения (n) колонны бурильных труб, высоты талевого блока (h) и вычисление рабочей скорости движения бурового инструмента (Vp), а также замер параметров холостого хода, а именно, давления, создаваемого буровым насосом при холостом ходе (Рх), веса подвешенного бурового инструмента на крюке при холостом ходе (Gx), крутящего момента при холостом ходе (Мх) и расхода промывочной жидкости при холостом ходе (Qx), вычисление разницы между величинами рабочих параметров и величинами параметров холостого хода, а именно рабочего дифференциального перепада давления ΔРр=Р-Рх, рабочей осевой нагрузки на долото gp=Gx-G, рабочего крутящего момента на роторе Мр=М-Мх, дифференциального рабочего изменения расхода промывочной жидкости ΔQp=|Q-Qx|, повторение замеров и сравнение указанных параметров после каждого очередного процесса наращивания бурового инструмента при бурении, определение по величинам n и h режима работы буровой установки в текущий момент времени, выбор в зависимости от режима работы заданных максимально допустимых величин параметров ΔРрз, gpз, Мрз, ΔQpз, Vрз и сравнение их с величинами соответствующих рабочих параметров ΔРр, gp, Мр, ΔQp, Vp, выделение по результатам сравнения основного поддерживаемого параметра (ОПП) ΔРр, gp или Мр, который на минимальную величину отличается от соответствующей заданной величины в текущий момент времени, при этом если ОПП ниже, чем заданная величина, то скорость подачи бурового инструмента увеличивают, если ОПП выше, чем заданная величина, то скорость бурового инструмента снижают, а в случае если разница между величиной ОПП и заданной не превышает абсолютную величину погрешности для данного параметра, скорость подачи бурового инструмента оставляют неизменной (RU 2681325 C1, Е21В 44/02, опубл. 06.03.2019 Бюл. №7). Однако данный способ обладает низкой надежностью и эффективностью, так как велика вероятность ошибки при определении ОПП, в качестве которого выделяют ограниченное количество параметров. При этом нет ясности в том, каким образом необходимо воздействовать на скорость подачи бурового инструмента, если параметры ΔРр, gp, которые, исходя из формулы данного изобретения, необходимо учитывать совместно, требуют противоположных воздействий на скорость подачи бурового инструмента. К примеру, когда ΔРр ниже заданной величины ΔРрз, a gp выше заданной величины gpз. К тому же, в способе в число ОПП не включен один из основных параметров - величина скорости подачи бурового инструмента.There is a known method for automatic control of the drilling tool feed during drilling, including measuring the pressure of the drilling fluid (P) in the manifold line, comparing it with the specified and maximum allowable values and controlling the actuator for feeding the drilling tool depending on the comparison results, measuring additional operating parameters of drilling , namely, the weight of the suspended drilling tool on the hook (G), the torque (M) on the rotor, the flow rate of the drilling fluid (Q), the rotation speed (n) of the drill string, the height of the traveling block (h) and the calculation of the operating speed of the drilling tool (Vp), as well as measurement of idling parameters, namely, the pressure created by the mud pump at idle (Px), the weight of the suspended drilling tool on the hook at idle (Gx), idle torque (Mx) and flow rate flushing liquid at idle (Qx), calculating the difference between the values of operating parameters and The values of the idling parameters, namely, the working differential pressure difference ΔРр = Р-Рх, the working axial load on the bit gp = Gx-G, the operating torque on the rotor Мр = М-Мх, the differential operating change in the flow rate of the flushing fluid ΔQp = | Q- Qx |, repetition of measurements and comparison of the specified parameters after each next process of building up the drilling tool during drilling, determination of the operating mode of the drilling rig at the current time by the values of n and h, the choice depending on the operating mode of the specified maximum permissible values of the parameters ΔРрз, gpз, Мрз , ΔQpз, Vрз and their comparison with the values of the corresponding operating parameters ΔРр, gp, Мр, ΔQp, Vp, the selection according to the results of comparison of the main supported parameter (OPP) ΔРр, gp or Мр, which differs by a minimum value from the corresponding set value at the current moment time, while if the RPR is lower than the predetermined value, then the feed rate of the drilling tool is increased if the RPP is higher than a predetermined value, the speed of the drilling tool is reduced, and if the difference between the value of the RI and the set value does not exceed the absolute value of the error for this parameter, the feed rate of the drilling tool is left unchanged (RU 2681325 C1, E21B 44/02, publ. 06.03.2019 Bul. No. 7). However, this method has low reliability and efficiency, since there is a high probability of an error in determining the OPP, which is a limited number of parameters. At the same time, it is not clear how it is necessary to influence the feed rate of the drilling tool, if the parameters ΔРр, gp, which, based on the formula of the present invention, must be taken into account together, require opposite effects on the feed rate of the drilling tool. For example, when ΔРр is lower than the set value ΔРрз, and gp is higher than the set value gpз. In addition, the method does not include one of the main parameters, the value of the feed rate of the drilling tool.

По назначению, техническим характеристикам и существенным признакам указанный способ автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения является наиболее близким предлагаемому техническому решению и принят за прототип. Перед изобретением была поставлена задача повышения надежности и эффективности процесса бурения, расширения потребительских свойств, максимально возможного исключения человеческого фактора, приводящего к различного рода осложнениям и чрезвычайным происшествиям.According to the purpose, technical characteristics and essential features, the specified method of automatic control of the drilling tool feed during drilling is the closest to the proposed technical solution and is adopted as a prototype. The invention was given the task of increasing the reliability and efficiency of the drilling process, expanding consumer properties, the maximum possible exclusion of the human factor, leading to various kinds of complications and emergencies.

Техническим результатом является повышение надежности и эффективности процесса бурения, расширение потребительских свойств, уменьшение влияния человеческого фактора.The technical result is to increase the reliability and efficiency of the drilling process, expand consumer properties, and reduce the influence of the human factor.

Технический результат достигается за счет того, что в способе автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения, включающим замер величины давления промывочной жидкости (Р) в манифольдной линии, веса подвешенного бурового инструмента на крюке (G), крутящего момента (М), скорости вращения (n) колонны бурильных труб, вычисление рабочей скорости подачи бурового инструмента (Vp), замер параметров холостого хода, а именно, давления промывочной жидкости, создаваемого буровым насосом при холостом ходе (Рх), веса подвешенного бурового инструмента на крюке при холостом ходе (Gx), крутящего момента при холостом ходе (Мх), вычисление разницы между величинами рабочих параметров и величинами параметров холостого хода, а именно рабочего дифференциального давления ΔРр=Р-Рх, рабочей осевой нагрузки на долото gp=Gx-G, рабочего крутящего момента Мр=М-Мх, определение по величине n и высоте талевого блока (h) режима работы буровой установки, выбор в зависимости от режима работы заданных максимально допустимых величин параметров ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз и сравнение их с величинами соответствующих рабочих параметров ΔРр, gp, Мр, Vp, выделение по результатам сравнения основного поддерживаемого параметра (ОПП), при этом если ОПП ниже, чем заданная величина, то скорость подачи бурового инструмента увеличивают, если ОПП выше, чем заданная величина, то скорость бурового инструмента снижают, а в случае если разница между величиной ОПП и заданной не превышает абсолютную величину погрешности для данного параметра, скорость подачи бурового инструмента оставляют неизменной, h вычисляют по данным датчика скорости вращения барабана буровой лебедки (nб), замер М осуществляют на роторе или верхнем силовом приводе, в качестве ОПП выделяют ΔРр или gp или Мр или Vp, отличие которого от соответствующей заданной величины в процентном отношении является минимальным, за величину погрешности для данного параметра принимают величину погрешности измерений данного параметра.The technical result is achieved due to the fact that in the method of automatic control of the feed of the drilling tool during drilling, including the measurement of the pressure of the drilling fluid (P) in the manifold line, the weight of the suspended drilling tool on the hook (G), the torque (M), the rotation speed (n) drill pipe strings, calculating the operating feed rate of the drilling tool (Vp), measuring the idling parameters, namely, the pressure of the drilling fluid created by the mud pump at idle (Px), the weight of the suspended drilling tool on the hook at idle (Gx ), torque at idle (Мх), calculating the difference between the values of operating parameters and the values of idling parameters, namely, the working differential pressure ΔРр = Р-Рх, working axial load on the bit gp = Gx-G, operating torque Мр = М-Мх, determination of the operating mode of the drilling rig by the value of n and the height of the traveling block (h), selection depending on the operating mode the specified maximum allowable values of the parameters ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз and their comparison with the values of the corresponding operating parameters ΔРр, gp, Мр, Vp, the selection according to the results of the comparison of the main supported parameter (OPP), while if the RPP is lower than the specified value, then the feed rate of the drilling tool is increased, if the RVD is higher than the specified value, then the speed of the drilling tool is reduced, and if the difference between the RVR value and the set value does not exceed the absolute value of the error for this parameter, the feed rate of the drilling tool is left unchanged, h is calculated from the data drawworks drum rotation speed sensor (nb), M is measured on the rotor or the top power drive, ΔРр or gp or Мр or Vp is selected as OPP, the difference of which from the corresponding set value in percentage is minimal, for the error value for this parameter take the value of the measurement error of this parameter.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ автоматического регулирования подачи бурового инструмента (далее - устройство) в процессе бурения.The drawing shows a block diagram of a device that implements the proposed method for automatically controlling the feed of a drilling tool (hereinafter referred to as the device) during drilling.

Устройство содержит блок вычислений 1, блок регулирования 2, блок выбора рабочих параметров 3, исполнительный механизм 4, блок индикации и ввода параметров 5, блок адаптации 6.The device contains a computing unit 1, a regulation unit 2, a unit for selecting operating parameters 3, an actuator 4, a unit for indicating and entering parameters 5, an adaptation unit 6.

Устройство для реализации способа автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения работает следующим образом.A device for implementing a method for automatically controlling the feed of a drilling tool during drilling works as follows.

Блок вычислений 1 предназначен для ввода величин (значений) параметров холостого хода Мх, Gx, Рх, полученных с размещенных на буровой установке датчиков, величин n, М, G, Р, nб. Блок вычислений 1 выполняет функцию вычисления разности между рабочими параметрами бурения М, G, Р и параметрами холостого хода Мх, Gx, Рх, соответственно, и подает сигнал на блок регулирования 2 и блок адаптации 6 о величинах рабочего дифференциального давления ΔРр, рабочей осевой нагрузки на долото gp, рабочего крутящего момента Мр, скорости подачи бурового инструмента Vp и высоте талевого блока h.Calculation unit 1 is designed to enter the values (values) of the idling parameters Мх, Gx, Рх, obtained from the sensors located on the drilling rig, the values of n, М, G, P, nb. Calculation unit 1 performs the function of calculating the difference between the drilling operating parameters M, G, P and the idling parameters Mx, Gx, Px, respectively, and sends a signal to the control unit 2 and the adaptation unit 6 about the values of the working differential pressure ΔРр, the working axial load on bit gp, working torque Мр, drilling tool feed rate Vp and traveling block height h.

Блок выбора рабочих параметров 3 выбирает заданные максимальные рабочие параметры ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз в зависимости от режима работы буровой установки по сигналам n, nб, поступающим с соответствующих датчиков и передает их на блок адаптации 6. Блок адаптации 6 сравнивает поступившую информацию с блока вычислений 1 и блока выбора рабочих параметров 3 и корректирует заданные максимальные рабочие параметры и передает их в блок регулирования 2 в виде ΔРкз, gкз, Мкз, Vкз. Далее блок регулирования 2 после поступления на него откорректированных заданных величин с блока адаптации 6 выделяет один основной поддерживаемый параметр ΔРр или gp или Мр или Vp, отличие которого от соответствующей заданной величины в процентном отношении является минимальным, и выдает управляющий сигнал на исполнительный механизм 4. Исполнительный механизм 4, который выполняют в виде ленточного тормоза с рукоятью, приводимой в движение электрической машиной, или порошкового электромагнитного тормоза, или электрической машины, управляемой при помощи электрического преобразователя, или гидравлического двигателя, оказывает непосредственное воздействие на скорость подачи бурового инструмента. На вход исполнительного механизма 4 поступает сигнал на растормаживание буровой лебедки (V+) или на затормаживание буровой лебедки (V-) или на оставление скорости лебедки без изменения (0). Сигнал на растормаживание буровой лебедки, вызывающий увеличение скорости подачи бурового инструмента, подается, если ОПП меньше заданной величины. Сигнал на затормаживание буровой лебедки приводит к уменьшению скорости подачи бурового инструмента и поступает на исполнительный механизм 4 в случае, если ОПП больше заданной величины. Если разница между ОПП и заданной не превышает абсолютную величину погрешности измерений данного параметра, скорость подачи бурового инструмента не изменяют.The operating parameters selection unit 3 selects the specified maximum operating parameters ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз depending on the operating mode of the drilling rig according to the signals n, nb coming from the corresponding sensors and transmits them to the adaptation unit 6. Adaptation unit 6 compares the information received from the unit calculations 1 and the block for selecting operating parameters 3 and corrects the specified maximum operating parameters and transmits them to the control unit 2 in the form of ΔPkz, gkz, Mkz, Vkz. Further, the control unit 2, after receiving the corrected set values from the adaptation unit 6, selects one main supported parameter ΔРр or gp or Мр or Vp, the difference of which from the corresponding set value in percentage terms is minimal, and issues a control signal to the actuator 4. Mechanism 4, which is made in the form of a band brake with a handle driven by an electric machine, or an electromagnetic powder brake, or an electric machine controlled by an electric converter or a hydraulic motor, has a direct effect on the feed rate of the drilling tool. The input of the actuator 4 receives a signal to release the drawworks (V +) or to brake the drawworks (V-) or to leave the winch speed unchanged (0). The signal to release the drawworks, causing an increase in the feed rate of the drilling tool, is given if the RPM is less than a predetermined value. The signal to decelerate the drawworks leads to a decrease in the feed rate of the drilling tool and is sent to the actuator 4 in the event that the RPM is greater than a predetermined value. If the difference between the RPF and the specified one does not exceed the absolute value of the measurement error of this parameter, the feed rate of the drilling tool is not changed.

Блок индикации и ввода параметров 5 служит для отображения информации о работе устройства и задания настроечных параметров. Указанный блок имеет прямую и обратную связи с блоками 2, 3 и 6. Блок адаптации 6 корректирует заданные максимально допустимые величины параметров ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз и откорректированные значения ΔРкз gкз, Мкз, Vкз передает на блок регулирования 2 для выработки соответствующего сигнала, передаваемого на исполнительный механизм 4. В качестве прототипа устройства для реализации предлагаемого способа автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения взято устройство, содержащее блок вычислений, блок регулирования, блок выбора рабочих параметров, исполнительный механизм и блок индикации и ввода параметров (RU 2681325 С1, Е21В 44/02, опубл. 06.03.2019 Бюл. №7). Однако данное устройство обладает низкой эффективностью и ограниченными потребительскими свойствами.The unit of indication and input of parameters 5 is used to display information about the operation of the device and set the tuning parameters. The specified block has direct and feedback connections with blocks 2, 3 and 6. The adaptation block 6 corrects the specified maximum allowable values of the parameters ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз and the corrected values ΔРкз gкз, Мкз, Vкз are transmitted to the control unit 2 to generate the corresponding signal, transmitted to the actuator 4. As a prototype of the device for implementing the proposed method for automatic control of the drilling tool feed during drilling, a device is taken containing a calculation unit, a control unit, a unit for selecting operating parameters, an actuator and a unit for indicating and entering parameters (RU 2681325 C1, E21B 44/02, publ. 03/06/2019 bull. No. 7). However, this device has low efficiency and limited consumer properties.

Перед изобретением была поставлена задача повышения надежности и эффективности процесса бурения, расширения потребительских свойств, исключения влияния человеческого фактора.The invention was given the task of increasing the reliability and efficiency of the drilling process, expanding consumer properties, eliminating the influence of the human factor.

Технический результат изобретения - повышение надежности и эффективности процесса бурения, расширение потребительских свойств, уменьшение влияния человеческого фактора.The technical result of the invention is to increase the reliability and efficiency of the drilling process, expand consumer properties, reduce the influence of the human factor.

Для достижения технического результата в устройство для реализации способа автоматического регулирования подачи бурового инструмента, содержащее блок вычислений 1, блок регулирования 2, блок выбора рабочих параметров 3, исполнительный механизм 4 и блок индикации и ввода параметров 5 введен блок адаптации 6 для корректировки заданных максимально допустимых величин параметров ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз и передачи откорректированных значений ΔРкз gкз, Мкз, Vкз на блок регулирования для выработки соответствующего сигнала, передаваемого на исполнительный механизм 4.To achieve the technical result, an adaptation block 6 is introduced into the device for implementing the method of automatic control of the drilling tool feed, containing a calculation unit 1, a control unit 2, a selection unit of operating parameters 3, an actuator 4 and an indication and input unit 5 parameters ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз and transmission of the corrected values ΔРкз gкз, Мкз, Vкз to the control unit to generate the corresponding signal transmitted to the actuator 4.

Таким образом, указанное выше устройство выполнено с возможностью реализации предлагаемого способа автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения, а именно, способа, включающего замер величины давления промывочной жидкости (Р) в манифольдной линии, веса подвешенного бурового инструмента на крюке (G), крутящего момента (М), скорости вращения (n) колонны бурильных труб, вычисление рабочей скорости подачи бурового инструмента (Vp), замер параметров холостого хода, а именно, давления промывочной жидкости, создаваемого буровым насосом при холостом ходе (Рх), веса подвешенного бурового инструмента на крюке при холостом ходе (Gx), крутящего момента при холостом ходе (Мх), вычисление разницы между величинами рабочих параметров и величинами параметров холостого хода, а именно рабочего дифференциального давления ΔРр=Р-Рх, рабочей осевой нагрузки на долото gp=Gx-G, рабочего крутящего момента Мр=М-Мх, определение по величине n и высоте талевого блока (h) режима работы буровой установки, выбор в зависимости от режима работы заданных максимально допустимых величин параметров ΔРрз, gpз, Мрз, Vpз и сравнение их с величинами соответствующих рабочих параметров ΔРр, gp, Мр, Vp, выделение по результатам сравнения основного поддерживаемого параметра (ОПП), при этом если ОПП ниже, чем заданная величина, то скорость подачи бурового инструмента увеличивают, если ОПП выше, чем заданная величина, то скорость бурового инструмента снижают, а в случае если разница между величиной ОПП и заданной не превышает абсолютную величину погрешности для данного параметра, скорость подачи бурового инструмента оставляют неизменной, причем h вычисляют по данным датчика скорости вращения барабана буровой лебедки (nб), замер М осуществляют на роторе или верхнем силовом приводе, в качестве ОПП выделяют ΔРр или gp или Мр или Vp, отличие которого от соответствующей заданной величины в процентном отношении является минимальным, за величину погрешности для данного параметра принимают величину погрешности измерений данного параметра. Повышение надежности и эффективности устройства достигается сокращением количества замеров и времени на их осуществление. Уменьшается вероятность ошибки при определении ОПП и принятии решения, касающегося изменения скорости подачи бурового инструмента. К расширению потребительских свойств приводит введение в качестве ОПП скорости подачи бурового инструмента (Vp) и наличие блока адаптации, что позволяет применять предлагаемый метод для бурения в различающихся друг от друга по характеристикам горных породах и лучше учитывать их физико-механические свойства. Кроме того, снижение роли человеческого фактора, приводящего к различного рода осложнениям и чрезвычайным происшествиям, обеспечивается сокращением количества замеров, в частности, исключением замеров расхода промывочной жидкости, практически не влияющего на определение ОПП.Thus, the above device is configured to implement the proposed method for automatically adjusting the feed of a drilling tool during drilling, namely, a method including measuring the pressure of the drilling fluid (P) in the manifold line, the weight of the suspended drilling tool on the hook (G), torque (M), rotation speed (n) of the drill pipe string, calculation of the operating feed rate of the drilling tool (Vp), measurement of the idling parameters, namely, the pressure of the drilling fluid created by the mud pump at idle speed (Px), the weight of the suspended drilling tool on the hook at idle (Gx), torque at idle (Mx), calculating the difference between the values of the operating parameters and the values of the idling parameters, namely, the working differential pressure ΔРр = Р-Рх, the working axial load on the bit gp = Gx- G, working torque Мр = М-Мх, determination by value n and height of traveling block (h) operating mode of the drilling rig, the choice depending on the operating mode of the specified maximum permissible values of the parameters ΔРрз, gpз, Мрз, Vpз and their comparison with the values of the corresponding operating parameters ΔРр, gp, Мр, Vp, the selection based on the results of the comparison of the main supported parameter (OPP), while if the RPV is lower than the specified value, then the feed rate of the drilling tool is increased, if the RPV is higher than the specified value, then the speed of the drilling tool is reduced, and if the difference between the RPV value and the specified value does not exceed the absolute value of the error for this parameter, the feed rate of the drilling tool is left unchanged, and h is calculated according to the data of the sensor of the rotation speed of the drawworks drum (nb), the measurement of M is carried out on the rotor or the upper power drive, ΔРр or gp or Мр or Vp is selected as the OPP, the difference of which from the corresponding set value in percentage ratio is minimal, the error value for this parameter is taken in The magnitude of the measurement error for this parameter. Improving the reliability and efficiency of the device is achieved by reducing the number of measurements and the time for their implementation. The likelihood of error in determining the RPM and making a decision regarding the change in the feed rate of the drilling tool is reduced. The introduction of the feed rate of the drilling tool (Vp) and the presence of an adaptation block lead to the expansion of consumer properties, which allows the proposed method to be used for drilling in rocks that differ from each other in characteristics and better take into account their physical and mechanical properties. In addition, a decrease in the role of the human factor, leading to various kinds of complications and emergencies, is ensured by a reduction in the number of measurements, in particular, the exclusion of measurements of the flow rate of the flushing fluid, which practically does not affect the determination of the RPU.

Предлагаемая группа технических решений обладает новизной, для специалистов не является очевидной, промышленно применима.The proposed group of technical solutions has novelty, is not obvious to specialists, and is industrially applicable.

Claims (2)

1. Способ автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения, включающий замер величины давления промывочной жидкости (Р) в манифольдной линии, веса подвешенного бурового инструмента на крюке (G), крутящего момента (М), скорости вращения (n) колонны бурильных труб, вычисление рабочей скорости подачи бурового инструмента (Vp), замер параметров холостого хода, а именно давления промывочной жидкости, создаваемого буровым насосом при холостом ходе (Рх), веса подвешенного бурового инструмента на крюке при холостом ходе (Gx), крутящего момента при холостом ходе (Мх), вычисление разницы между величинами рабочих параметров и величинами параметров холостого хода, а именно рабочего дифференциального давления ΔРр=Р-Рх, рабочей осевой нагрузки на долото gp=Gx-G, рабочего крутящего момента верхнего силового привода Мр=М-Мх, определение по величине n и высоте талевого блока (h) режима работы буровой установки, выбор в зависимости от режима работы заданных максимально допустимых величин параметров ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз и сравнение их с величинами соответствующих рабочих параметров ΔРр, gp, Мр, Vp, выделение по результатам сравнения основного поддерживаемого параметра (ОПП), при этом если ОПП ниже, чем заданная величина, то скорость подачи бурового инструмента увеличивают, если ОПП выше, чем заданная величина, то скорость бурового инструмента снижают, а в случае если разница между величиной ОПП и заданной не превышает абсолютную величину погрешности для данного параметра, скорость подачи бурового инструмента оставляют неизменной, отличающийся тем, что h вычисляют по данным датчика скорости вращения барабана буровой лебедки (nб), замер М осуществляют на роторе или верхнем силовом приводе, в качестве ОПП выделяют ΔРр или gp или Мр или Vp, отличие которого от соответствующей заданной величины в процентном отношении является минимальным, за величину погрешности для данного параметра принимают величину погрешности измерений данного параметра.1. A method for automatic control of the drilling tool feed during drilling, including measuring the pressure of the drilling fluid (P) in the manifold line, the weight of the suspended drilling tool on the hook (G), the torque (M), the rotation speed (n) of the drill string, calculating the working feed rate of the drilling tool (Vp), measuring the idling parameters, namely, the pressure of the drilling fluid created by the mud pump at idle (Px), the weight of the suspended drilling tool on the hook at idle (Gx), and the torque at idle ( Мх), calculating the difference between the values of the operating parameters and the values of the idling parameters, namely, the working differential pressure ΔРр = Р-Рх, the working axial load on the bit gp = Gx-G, the operating torque of the upper power drive Мр = М-Мх, determination by the value of n and the height of the traveling block (h) of the operating mode of the drilling rig, the choice depending on the operating mode of the specified maximum permissible of the values of the parameters ΔРрз, gpз, Мрз, Vрз and their comparison with the values of the corresponding operating parameters ΔРр, gp, Мр, Vp, the selection according to the results of the comparison of the main supported parameter (OPP), while if the OPP is lower than the specified value, then the feed rate of the drilling tool is increased, if the RPC is higher than the predetermined value, then the speed of the drilling tool is reduced, and if the difference between the RPC value and the set value does not exceed the absolute value of the error for this parameter, the feed rate of the drilling tool is left unchanged, characterized in that h is calculated according to the data of the drawworks drum rotation speed sensor (nb), M is measured on the rotor or the upper power drive, ΔРр or gp or Мр or Vp is selected as the OPP, the difference of which from the corresponding specified value in percentage terms is minimal, for the error value for of this parameter take the value of the measurement error of this parameter. 2. Устройство для реализации способа автоматического регулирования подачи бурового инструмента в процессе бурения, содержащее блок вычислений, блок регулирования, блок выбора рабочих параметров, исполнительный механизм и блок индикации и ввода параметров, отличающееся тем, что содержит блок адаптации для корректировки заданных максимально допустимых величин параметров ΔРрз, gpз, Мрз, Vpз, и передачи откорректированных значений ΔРкз, gкз, Мкз Vкз на блок регулирования для выработки соответствующего сигнала, передаваемого на исполнительный механизм, при этом блок вычислений, выполняющий функцию вычисления разности между рабочими параметрами бурения М, G, Р и параметрами холостого хода Мх, Gx, Рх, соответственно, подает сигнал на блок регулирования и блок адаптации о величинах рабочего дифференциального давления ΔРр, рабочей осевой нагрузки на долото gp, рабочего крутящего момента Мр, скорости подачи бурового инструмента Vp и высоте талевого блока h, блок выбора рабочих параметров выбирает заданные максимальные рабочие параметры ΔРрз, gpз, Мрз, Vpз в зависимости от режима работы буровой установки по сигналам n, nб, поступающим с соответствующих датчиков, и передает их на блок адаптации, который сравнивает поступившую информацию с блока вычислений и блока выбора рабочих параметров, корректирует заданные максимальные рабочие параметры и передает их в блок регулирования в виде ΔРкз, gкз, Мкз, Vкз., который после поступления на него откорректированных заданных величин с блока адаптации выделяет один основной поддерживаемый параметр ΔРр или gp или Мр или Vp, выдает соответствующий управляющий сигнал на исполнительный механизм, блок индикации и ввода параметров имеет прямую и обратную связи с блоками регулирования, блоком выбора рабочих параметров и блоком адаптации.2. A device for implementing a method for automatically regulating the feed of a drilling tool during drilling, containing a calculation unit, a control unit, a unit for selecting operating parameters, an actuator and a unit for indicating and entering parameters, characterized in that it contains an adaptation unit for adjusting the specified maximum allowable parameter values ΔРрз, gpз, Мрз, Vpз, and transmission of the corrected values of ΔРкз, gкз, Мкз Vкз to the control unit to generate the corresponding signal transmitted to the actuator, while the calculation unit performing the function of calculating the difference between the operating parameters of drilling M, G, P and idling parameters Мх, Gx, Рх, respectively, sends a signal to the control unit and the adaptation unit about the values of the working differential pressure ΔРр, the working axial load on the bit gp, the working torque Мр, the feed rate of the drilling tool Vp and the height of the traveling block h, block selection of operating parameters choose t specified maximum operating parameters ΔРрз, gpз, Мрз, Vpz, depending on the operating mode of the drilling rig according to the signals n, nb, coming from the corresponding sensors, and transmits them to the adaptation unit, which compares the information received from the calculation unit and the unit for selecting operating parameters, corrects the set maximum operating parameters and transfers them to the control unit in the form of ΔРкз, gкз, Мкз, Vкз., which, after receiving the corrected set values from the adaptation unit, selects one main supported parameter ΔРр or gp or Мр or Vp, issues the corresponding control signal to the actuator, the display and parameter input unit has direct and feedback connections with the control units, the operating parameter selection unit and the adaptation unit.
RU2019123271A 2019-07-24 2019-07-24 Method of automatic control of drilling tools supply during drilling and device for implementation thereof RU2733876C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123271A RU2733876C2 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Method of automatic control of drilling tools supply during drilling and device for implementation thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019123271A RU2733876C2 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Method of automatic control of drilling tools supply during drilling and device for implementation thereof

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019123271A RU2019123271A (en) 2019-09-16
RU2019123271A3 RU2019123271A3 (en) 2020-02-04
RU2733876C2 true RU2733876C2 (en) 2020-10-07

Family

ID=67989457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019123271A RU2733876C2 (en) 2019-07-24 2019-07-24 Method of automatic control of drilling tools supply during drilling and device for implementation thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2733876C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013531C1 (en) * 1991-07-15 1994-05-30 Владимир Иванович Молодило Boring tool feed controller
US7059427B2 (en) * 2003-04-01 2006-06-13 Noble Drilling Services Inc. Automatic drilling system
RU2424430C2 (en) * 2006-12-07 2011-07-20 Канриг Дриллинг Текнолоджи Лтд Automatic drilling machine on base of (mechanic specific energy) mse
EP2785969B1 (en) * 2011-12-01 2017-06-21 National Oilwell Varco, L.P. Automated drilling system
RU2681325C1 (en) * 2018-07-02 2019-03-06 Общество с ограниченной ответственностью "Автоматизированные системы бурения" Method of automatic feed control of drilling tool in drilling process

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013531C1 (en) * 1991-07-15 1994-05-30 Владимир Иванович Молодило Boring tool feed controller
US7059427B2 (en) * 2003-04-01 2006-06-13 Noble Drilling Services Inc. Automatic drilling system
RU2424430C2 (en) * 2006-12-07 2011-07-20 Канриг Дриллинг Текнолоджи Лтд Automatic drilling machine on base of (mechanic specific energy) mse
EP2785969B1 (en) * 2011-12-01 2017-06-21 National Oilwell Varco, L.P. Automated drilling system
RU2681325C1 (en) * 2018-07-02 2019-03-06 Общество с ограниченной ответственностью "Автоматизированные системы бурения" Method of automatic feed control of drilling tool in drilling process

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019123271A (en) 2019-09-16
RU2019123271A3 (en) 2020-02-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7775297B2 (en) Multiple input scaling autodriller
US3658138A (en) Process for optimizing the penetration speed of a drilling tool driven by a motor whose torque decreases with an increasing running speed and apparatus therefor
US6662110B1 (en) Drilling rig closed loop controls
US7900893B2 (en) Electronic control for winch tension
CA3025185C (en) System and method for controlling a drilling machine
CA2908077C (en) Waveform anti-stick slip system and method
AU2005318200B2 (en) Controlling the flow of a multiphase fluid from a well
US20120059521A1 (en) Drilling control method and system
RU2013148471A (en) AUTOMATIC PRESSURE CONTROL IN A HEADER LINE FOR DRILLING
RU2688652C2 (en) Methods of operation of downhole equipment based on conditions in wellbore
US9745814B2 (en) System and method for casing milling
RU2681325C1 (en) Method of automatic feed control of drilling tool in drilling process
RU2733876C2 (en) Method of automatic control of drilling tools supply during drilling and device for implementation thereof
CN105089609B (en) Method for controlling wellbore pressure
US20210115779A1 (en) Autodriller Utilizing Intermediate ROP Setpoint
RU2681160C1 (en) Active feed control regulator
RU2362011C1 (en) Installation for regulating bottom-hole pressure of drilling agent
CN105089527B (en) For controlling the device and method of wellbore pressure
US20180245445A1 (en) Method and system for monitoring the performance of oil and/or gas drilling equipment
WO2021097414A1 (en) Controlling rate of penetration via a plurality of control layers
RU2029859C1 (en) Method and apparatus to control mode of face hydraulic engine operation during oil well drilling process
RU2598661C2 (en) Pressure control during drilling operations with the help of correction used in preset conditions
CN105221278A (en) Based on the rotary drilling rig control system of global power coupling
RU2013531C1 (en) Boring tool feed controller
RU2065956C1 (en) Method to control process of drilling by downhole hydraulic motor

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
HE9A Changing address for correspondence with an applicant